JP2848408B2 - Mobile vehicle environment recognition device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自律的に走行を制御する移動車のための環境
認識装置に関し、詳しくは、道路等の環境物体からの物
体光と、太陽光のその物体上からの表面反射光とを区別
し、物体光のみを処理することにより、正確な環境認識
を可能にした移動車の環境認識装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an environment recognizing device for a mobile vehicle that autonomously controls driving, and more particularly, to object light from an environmental object such as a road and sunlight. The present invention relates to an environment recognizing apparatus for a mobile vehicle, which is capable of accurately recognizing the environment by distinguishing the reflected light from the surface of the object and processing only the object light.
（従来の技術） 近年において、障害物を自律的に回避して走行する移
動車が種々提案されている。(Prior Art) In recent years, various mobile vehicles that travel while autonomously avoiding obstacles have been proposed.
このような自律走行制御においては、環境認識装置の
ために、カメラ等の画像入力手段により外界の画像を入
力し、この画像に対し画像処理を行なって、外界環境を
認識するのが一般的である。In such autonomous driving control, it is general for an environment recognition device to input an image of the outside world by image input means such as a camera, perform image processing on this image, and recognize the outside environment. is there.
このようなカメラ等の画像入力手段では、物体（例え
ば、前方車，道路面）からの光を例えばCCDイメージセ
ンサ等で読取るのが普通である。ところで、物体からの
光（広い意味での反射光）には、物体自体が発する光
（即ち、物体光）と、太陽光或いは照明光の表面反射光
とが混在している。そのために、例えば、本来は濃度が
高い画像が濃度の低い画像として入力され、環境の誤認
識の原因の１つになっていた。そこで、この表面反射光
を除去することが大きな課題となっていた。In such an image input unit such as a camera, light from an object (for example, a preceding vehicle or a road surface) is generally read by, for example, a CCD image sensor. By the way, light (reflected light in a broad sense) from an object includes light emitted from the object itself (that is, object light) and surface reflected light of sunlight or illumination light. For this reason, for example, an image originally having a high density is input as an image having a low density, which is one of the causes of erroneous recognition of the environment. Therefore, it has been a major problem to remove the surface reflected light.
表面反射光を一般的に取り除く方法として、偏光フィ
ルタを用いる方法が公知である。また、Phongモデルを
用いて色変換を行なうことも知られている。As a method for generally removing surface reflected light, a method using a polarizing filter is known. It is also known to perform color conversion using a Phong model.
（発明が解決しようとする課題） 上記の偏光フイルタを用いる方法は、ブリュースタの
条件を満足した場合に表面反射光が直線偏光となり、こ
の直線偏光成分を除去することにより、物体光を表面反
射光から区別するというものであるために、入射角にブ
リュースタの条件を満足するという制限がある。従っ
て、カメラの設置角度を外光の物体への入射角変化に合
せて変更することの不可能な移動車の環境認識装置にと
っては、上記の偏光フイルタを用いる方法は現実的では
ない。(Problems to be Solved by the Invention) In the method using the polarizing filter, the surface reflected light becomes linearly polarized light when the Brewster condition is satisfied, and the object light is reflected on the surface by removing the linearly polarized light component. Since it is distinguished from light, there is a restriction that the incident angle satisfies the condition of Brewster. Therefore, the method using the above-described polarizing filter is not practical for an environment recognizing device of a mobile vehicle in which the installation angle of the camera cannot be changed according to the change in the incident angle of the external light to the object.
また、Phongモデルを用いる手法は、光源色が既知で
なくてはならないという前提がある。この前提は、色々
な環境内を走行する移動車にとっては適用困難である。Also, the technique using the Phong model has a premise that the light source color must be known. This premise is difficult to apply to a mobile vehicle traveling in various environments.
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、環境中の物体からの光を二系統
の画像として別個に入力し、これらの画像内において、
物体自体からの光による寄与と外光の表面反射光による
寄与とを区別することにより、正確な環境認識を可能に
した移動車の環境認識装置を提供するものである。The present invention has been made in view of the problems of the related art, and an object of the present invention is to separately input light from an object in an environment as two images, and within these images,
An object of the present invention is to provide an environment recognizing device for a mobile vehicle that enables accurate environment recognition by distinguishing between contribution by light from the object itself and contribution by surface reflected light of external light.
（課題を達成するための手段及び作用） 上記課題を達成するための本発明の構成は、 環境内の物体自体が発する物体光と、この物体により
反射された反射光とを画像として入力し、この画像から
環境を認識する移動車の環境認識装置であって、 この環境物体の画像を、該物体への入射光の入射面若
しくは反射面に平行な第１の偏光フィルタを通過した光
の強度で表わす第１の画像信号として、入力する第１の
入力手段と、 前記第１の入力手段とは独立した入力手段であって、
上記環境物体の前記画像を、前記物体への入射光の入射
面若しくは反射面に垂直な第２の偏光フィルタを通過し
た光の強度で表わす第２の画像信号として、入力する第
２の入力手段と、 前記第１の画像信号と第２の画像信号との強度差に基
づいて、この第１の画像信号と第２の画像信号のいずれ
か一方から、表面反射光成分を除去し物体光成分を抽出
する手段とを具備したことを特徴とする。(Means and Actions for Achieving the Object) According to a configuration of the present invention for achieving the above object, object light emitted from an object in the environment itself and light reflected by the object are input as an image, An environment recognizing device for a mobile vehicle that recognizes an environment from the image, comprising: converting an image of the environmental object into an intensity of light passing through a first polarizing filter parallel to a plane of incidence or reflection of incident light on the object; A first input means for inputting as a first image signal represented by: and an input means independent of the first input means,
A second input means for inputting the image of the environmental object as a second image signal represented by an intensity of light passing through a second polarizing filter perpendicular to a plane of incidence or reflection of light incident on the object; And removing an object light component from one of the first image signal and the second image signal based on a difference in intensity between the first image signal and the second image signal. And a means for extracting
物体自体が発する物体光は反射光ではなく偏光してい
ないので、前記抽出手段により第１の画像信号と第２の
画像信号との強度差を求めると、表面反射光による寄与
を除去することが可能となる。Since the object light emitted by the object itself is not reflected light and is not polarized, when the intensity difference between the first image signal and the second image signal is obtained by the extracting means, it is possible to remove the contribution by the surface reflected light. It becomes possible.
（実施例） 以下添付図面を参照して、本発明を、環境の物体とし
て一例として走行路面を上げ、この路面からの物体光を
表面反射光から弁別する場合に適用した環境認識装置の
実施例を説明する。本実施例では、２つの偏光フイルタ
が用いられ、走行路面を対象としているために、一方の
偏光フイルタは路面に対する入射面に対して垂直に、他
方のフイルタはその入射面に対して平行となっている。(Embodiment) With reference to the accompanying drawings, an embodiment of an environment recognition apparatus in which the present invention is applied to a case where a traveling road surface is raised as an example of an environment object and object light from the road surface is discriminated from surface reflected light. Will be described. In the present embodiment, two polarizing filters are used and are directed to the traveling road surface. Therefore, one polarizing filter is perpendicular to the incidence surface with respect to the road surface, and the other filter is parallel to the incidence surface. ing.
第１図は本実施例のハードウエア構成を示すブロツク
図である。FIG. 1 is a block diagram showing the hardware configuration of this embodiment.
1a,1bは前述の２つの偏光フイルタであり、フイルタ1
aの偏光面は路面に対する入射面に対して平行に設定さ
れ、フイルタ1bの偏光面はその入射面に対して垂直にな
るように設定されている。勿論、この逆でも構わない。Reference numerals 1a and 1b denote the two polarizing filters described above.
The polarization plane of a is set parallel to the plane of incidence with respect to the road surface, and the polarization plane of the filter 1b is set to be perpendicular to the plane of incidence. Of course, the reverse is also acceptable.
これらのフイルタを通して光は夫々、CCDイメージセ
ンサを用いたカメラ2a,2bにより読取られ、RGBの照度信
号の形でフレームメモリ3a,3bに夫々格納される。Light is read through these filters by the cameras 2a and 2b using a CCD image sensor and stored in the frame memories 3a and 3b, respectively, in the form of RGB illuminance signals.
コンパレータ４は、２つのフレームメモリ3a,3b内に
格納された同一画素に対応する画像データを比較する。
即ち、このコンパレータ５は、物体からの光の強度を、
２つの偏光フイルタを通した後で比較していることとな
る。この比較結果が、後述するように、表面反射光成分
を含むか否かの目安となり、画像変換装置５に送られ
る。The comparator 4 compares image data corresponding to the same pixel stored in the two frame memories 3a and 3b.
That is, the comparator 5 calculates the intensity of light from the object,
The comparison is made after passing through the two polarizing filters. The result of this comparison is used as an indicator of whether or not a surface reflected light component is included, as described later, and is sent to the image conversion device 5.
この変換装置５は、表面反射光成分が含まれていると
コンパレータが判断した場合に、フレームメモリ3a内の
画像データに対して、そこから物体光のみを抽出するよ
うに変換処理を行なうものである。変換処理された画像
データはフレームメモリ６に記憶される。コンパレータ
４が、その画素に表面反射光成分が含まれていないと判
断した場合には、その画素の画像データは変換処理を施
されないままフレームメモリに送られ、そこに記憶され
る。このフレームメモリ４内の画像が環境認識のための
画像処理の対象となる画像を記憶するものである。This conversion device 5 performs a conversion process on the image data in the frame memory 3a so as to extract only the object light from the image data when the comparator determines that a surface reflected light component is included. is there. The converted image data is stored in the frame memory 6. When the comparator 4 determines that the pixel does not include the surface reflected light component, the image data of the pixel is sent to the frame memory without being subjected to the conversion processing, and is stored therein. The image in the frame memory 4 stores an image to be subjected to image processing for environment recognition.
ここで、表面反射光成分が含まれるか否かを検出する
原理について説明する。Here, the principle of detecting whether or not the surface reflected light component is included will be described.
光が入射する物体は誘電体からなるものとしてモデル
化される。ここで、ベクトル を物体からの広義の反射光、ベクトル を表面反射光、ベクトル を物体光とすると、 で表わされる。ここで、mS,mBは夫々、表面反射光，物
体光に関する定数であり、物体によって一定である。
（１）式をフイルタ1a,1bの通過光に対して適用する
と、 が得られる。通常、CCDイメージセンサが受光すると、
その出力信号は色ベクトル の強度（スカラ）を意味する。従って、（１）式から を弁別することはできない。The object on which light is incident is modeled as consisting of a dielectric. Where the vector The broadly reflected light from the object, vector The surface reflected light, vector Is the object light, Is represented by Here, m S and m B are constants relating to surface reflected light and object light, respectively, and are constant depending on the object.
Applying equation (1) to the light passing through the filters 1a and 1b, Is obtained. Normally, when the CCD image sensor receives light,
Its output signal is a color vector Means intensity (scalar). Therefore, from equation (1) Cannot be distinguished.
周知のように、光源（太陽または照明）が自然光（コ
ヒーレントでない光）であれば、その光源からの光の物
体での表面反射光は偏光する。ところが、物体光は、光
源からの光が物体中で選択吸収され、吸収されない光成
分が物体内で散乱されてて物体外に出てきたものである
から、物体固有なものであり、偏光はしていない。As is well known, if the light source (sun or illumination) is natural light (light that is not coherent), the light reflected from the surface of the object from the light source will be polarized. However, the object light is specific to the object because the light from the light source is selectively absorbed in the object, and the light component that is not absorbed is scattered in the object and comes out of the object. I haven't.
従って、第２図に示すように、誘電率ε０の空気中か
ら誘電率ε１の路面に入射したときの反射光の反射率Ｒ
は以下のようになる。Accordingly, as shown in FIG. 2, the reflectance of the reflected light when incident on the road surface of the dielectric constant epsilon 1 of the air dielectric constant epsilon 0 R
Is as follows.
ここで、Ｒ⊥は、偏波面と入射面とが垂直のときの反
射率を、Ｒ‖は平行のときの反射率を表わす。また、ｉ
は入射角、ｊは屈折角であり、誘電率εと路面における
屈折率ｎとの間には、 の関係がある。Ｒ‖＝０となる角度がブリュースタ角で
ある。 Here, R⊥ represents the reflectance when the plane of polarization is perpendicular to the plane of incidence, and R‖ represents the reflectance when the plane of polarization is parallel. Also, i
Is the incident angle, j is the refraction angle, and between the dielectric constant ε and the refractive index n on the road surface, There is a relationship. The angle at which R‖ = 0 is the Brewster angle.
さて、前述したように、物体光は偏光していないが表
面反射光は偏光している。そして、（５）（６）式に示
すように、偏光光の反射率は偏光方向により異なるの
で、変更している表面反射光が偏波方向の異なるフイル
タを通ったときは、それらの光の強度はフイルタ毎に異
なる。換言すれば、コンパレータ４が、フレームメモリ
3aと3bの画像データ間に強度差を検知すれば、そのこと
は表面反射光成分を含んでいることを意味する。これ
は、物体からの反射光中に表面反射光成分がなければ、 であるから、 であるからである。As described above, the object light is not polarized, but the surface reflected light is polarized. Then, as shown in the expressions (5) and (6), since the reflectance of the polarized light is different depending on the polarization direction, when the changed surface reflected light passes through the filters having different polarization directions, the reflected light is reflected by the polarized light. The strength varies from filter to filter. In other words, the comparator 4 has a frame memory
If an intensity difference is detected between the image data of 3a and 3b, this means that a surface reflected light component is included. This means that if there is no surface reflected light component in the reflected light from the object, Because Because it is.
次に、表面反射光成分が含まれている場合に、変換装
置で行なわれる物体光の抽出処理について説明する。
（２）（３）式に、 を代入すると、 が得られる。路面に対するカメラの設置角度が既知の場
合には、入射角ｉは既知であるから、 が得られ、これを（８）式に代入し、更に（２）式に代
入すると、 が得られる。Next, an object light extraction process performed by the conversion device when a surface reflected light component is included will be described.
In equations (2) and (3), Substituting Is obtained. When the installation angle of the camera with respect to the road surface is known, since the incident angle i is known, Is obtained, and this is substituted into Expression (8), and further substituted into Expression (2). Is obtained.
このようにして、本実施例の環境認識装置によれば、
２つの偏光フイルタを通した物体の画像データから物体
光だけを抽出することができる。そのために、環境認識
の精度が上がるという効果が得られる。Thus, according to the environment recognition device of the present embodiment,
Only the object light can be extracted from the image data of the object passed through the two polarizing filters. For this reason, the effect of increasing the accuracy of environment recognition is obtained.
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形改良が
可能である。The present invention can be variously modified and improved without departing from the spirit thereof.
上記実施例では、コンパレータ４が光の強度差を検出
したときに、変換装置５が（10）式に基づいて、物体光
だけを弁別して抽出するようにしている。これは、表面
反射光がないときだけに、上記演算処理を施せば処理の
高速化が得られるからである。そこで、２つの画像デー
タに対し、常に（10）式の演算処理を行なうようにすれ
ば、表面反射光がないときにも余計な演算を行なわなけ
ればならないという点はあるものの、コンパレータ４が
不要となるという効果が得られる。In the above embodiment, when the comparator 4 detects a light intensity difference, the converter 5 discriminates and extracts only the object light based on the equation (10). This is because the processing can be speeded up by performing the arithmetic processing only when there is no surface reflected light. Therefore, if the arithmetic processing of equation (10) is always performed on the two image data, there is a point that extra arithmetic must be performed even when there is no surface reflected light, but the comparator 4 is unnecessary. Is obtained.
また次のように改良することもできる。即ち、偏光フ
イルタを回転可能に設置するのである。このようにする
と、連続した画像で垂直偏光と水平偏光を１つのカメラ
で入力することが可能となる。即ち、フイルタ1aを回転
自在とすると、フイルタ1bとカメラ2bが不要となる。Further, it can be improved as follows. That is, the polarizing filter is installed rotatably. By doing so, it becomes possible to input vertical polarization and horizontal polarization with a single camera in a continuous image. That is, if the filter 1a is rotatable, the filter 1b and the camera 2b become unnecessary.
また、上記実施例では、フレームメモリ3a,3bをバツ
フアとして用いていた。これは、交換装置における演算
に時間がかかるために、カメラでの画像読取速度と同期
を取るためである。もし変換装置の処理速度が早けれ
ば、フレームメモリ3a,3bは不要となる。In the above embodiment, the frame memories 3a and 3b are used as buffers. This is to synchronize with the image reading speed of the camera because the calculation in the switching device takes time. If the processing speed of the conversion device is high, the frame memories 3a and 3b become unnecessary.
また本発明は、カメラの設定位置には限定されない。
物体に対するカメラの設置角度が既知であればよい。ま
た、本発明は画像入力手段の種類には限定されない。Further, the present invention is not limited to the setting position of the camera.
It is sufficient that the installation angle of the camera with respect to the object is known. Further, the present invention is not limited to the type of the image input means.
（発明の効果） 以上説明したように本発明の移動車の環境認識装置に
よれば、物体からの光を２つの（第１と第２の）偏光フ
ィルタを通して独立した二系統の画像データを得ること
により、この２つの画像データに対して表面反射光成分
を除外する演算処理を行なうことが可能となり、そのた
めに最終的に得られる画像は外光に影響されない物体光
のみとなり、従って、環境認識は正確なものとなる。(Effects of the Invention) As described above, according to the environment recognition apparatus for a mobile vehicle of the present invention, two types of image data independent of light from an object are obtained through two (first and second) polarization filters. As a result, it is possible to perform an arithmetic processing for excluding the surface reflected light component from the two image data, so that the finally obtained image is only the object light which is not affected by the external light. Will be accurate.
第１図は本発明の１実施例の構成を示す図、 第2A図，第2B図，第３図は第１図実施例における表面反
射光を除去する原理を説明する図である。 図中、 1a,1b……偏光フイルタ、2a,2b……CCDカメラ、3a,3b…
…バツフアフレームメモリ、４……コンパレータ、５…
…変換装置、６……フレームメモリである。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2A, 2B, and 3 are diagrams for explaining the principle of removing surface reflected light in the embodiment of FIG. In the figure, 1a, 1b ... polarizing filter, 2a, 2b ... CCD camera, 3a, 3b ...
... buffer frame memory, 4 ... comparator, 5 ...
... a conversion device, 6 ... a frame memory.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−217412（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74676（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−237440（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−182455（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 1/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-60-217412 (JP, A) JP-A-64-74676 (JP, A) JP-A-1-237440 (JP, A) 182455 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05D 1/02
Claims (1)
物体により反射された反射光とを画像として入力し、こ
の画像から環境を認識する移動車の環境認識装置であっ
て、 この環境物体の画像を、該物体への入射光の入射面若し
くは反射面に平行な第１の偏光フィルタを通過した光の
強度で表わす第１の画像信号として、入力する第１の入
力手段と、 前記第１の入力手段とは独立した入力手段であって、上
記環境物体の前記画像を、前記物体への入射光の入射面
若しくは反射面に垂直な第２の偏光フィルタを通過した
光の強度で表わす第２の画像信号として、入力する第２
の入力手段と、 前記第１の画像信号と第２の画像信号との強度差に基づ
いて、この第１の画像信号と第２の画像信号のいずれか
一方から、表面反射光成分を除去し物体光成分を抽出す
る手段とを具備したことを特徴とする移動車の環境認識
装置。An environment recognizing device for a mobile vehicle, which inputs object light emitted from an object in the environment itself and light reflected by the object as an image and recognizes the environment from the image. First input means for inputting an image of the object as a first image signal represented by an intensity of light passing through a first polarizing filter parallel to a plane of incidence or reflection of incident light on the object; An input unit independent of the first input unit, wherein the image of the environmental object is obtained by the intensity of light that has passed through a second polarizing filter perpendicular to a plane of incidence or reflection of incident light on the object. The second image signal to be input as the second image signal
And removing a surface reflected light component from one of the first image signal and the second image signal based on an intensity difference between the first image signal and the second image signal. Means for extracting an object light component.
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| JP1256072A JP2848408B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Mobile vehicle environment recognition device |
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